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1. 項目概述
   

汽車水箱是水冷式發動機的重要部件，作為水冷式發動機散熱回路的一個重要組成部件，能夠吸收缸體的熱量，降低缸體最大溫度，防止發動機過熱。發動機的熱量通過冷卻水作為熱載體，再通過大面積的散熱片以對流的方式散熱，以維持發動機的合適工作溫度。

在剎車和啟動過程中，水對水箱壁撞擊所產生的壓力影響到整個冷卻系統的穩定性，當晃動極為劇烈時，甚至會造成水泵無法吸取到水，壓力變化引起的振動噪聲也是衡量整車舒適性的重要指標之一。因此，水箱晃動一直是發動機冷卻系統開發過程中需要研究的重點問題，需要利用CFD研究水箱在晃動過程中液面分布情況。

本項目利用openfoam軟件對圓柱形水箱晃動問題進行CFD仿真分析。

2. 模型簡化

模擬項目圓柱形水箱長1m，直徑0.4m，水箱容積110升。模型如下圖所示：

圖一：水箱簡化模型

圖二：水箱截面圖

3. 網格劃分

使用snappHexMesh工具對幾何模型進行網格劃分，網格為混合網格（如圖3）。網格具體信息參數如下表1所示：

圖三：水箱網格

4.物性參數

分析所涉及流場介質主要包括水和空氣，液面張力sigma值取0.07N/m，其相關物性參數如表2所示。

5. OpenFoam求解器設置

本項目為求解水箱的兩相流流場，湍流模型選用laminar，需分別設置對應fvSchemes離散方法，fvSolution方程求解方法， setFieldsDict初始場液相體積分數，dynamicMeshDict油箱晃動的動網格參數及求解控制參數。

5.1 離散方法fvShemes設置

ddtSchemes //時間離散格式，該項目瞬態計算采用歐拉離散Euler

{

default         Euler;

}

gradSchemes//梯度離散，采用高斯方法，線性插值，為二階離散

{

default         Gauss linear;

}

divSchemess//散度離散

{

    default         Gauss linear;

        div(rhoPhi,U)  Gauss linearUpwind grad(U);

    div(phi,alpha)  Gauss vanLeer;

    div(phirb,alpha) Gauss linear;

    div(((rho*nuEff)*dev2(T(grad(U))))) Gauss linear;

}

laplacianSchemes//拉普拉斯項離散，擴散項及壓力方程離散均采用高斯理論線性插值，并帶有正交修正

{

default Gauss linear corrected;

}

interpolationSchemes//插值格式，默認線性插值

{

default linear;

}

snGradSchemes//梯度法向分量，默認帶有非正交修正

{

default corrected;

}

5.2 方程求解方法fvSolotion設置

solvers {

    UFinal {

        relTol 0.0;

        preconditioner DILU;

        tolerance 1e-05;

        solver PBiCG;

    }

    p_rgh {

        relTol 0.001;

        cacheAgglomeration on;

        nPreSweeps 0;

        agglomerator faceAreaPair;

        nCellsInCoarsestLevel 10;

        solver GAMG;

        nPostSweeps 0;

        mergeLevels 1;

        smoother GaussSeidel;

        tolerance 1e-07;

    }

    p_rghFinal {

        relTol 0.01;

        cacheAgglomeration on;

        nPreSweeps 0;

        agglomerator faceAreaPair;

        nCellsInCoarsestLevel 10;

        solver GAMG;

        nPostSweeps 0;

        mergeLevels 1;

        smoother GaussSeidel;

        tolerance 1e-06;

    }

    U {

        relTol 0.0;

        preconditioner DILU;

        tolerance 1e-05;

        solver PBiCG;

    }

    "alpha.phase1.*" {

        relTol 0.0;

        cAlpha 1;

        solver smoothSolver;

        nAlphaCorr 2;

        smoother GaussSeidel;

        nLimiterIter 3;

        nAlphaSubCycles 4;

        icAlpha 0.25;

        tolerance 1e-08;

        MULESCorr yes;

        alphaApplyPrevCorr on;

    }

    "pcorr.*" {

        relTol 0.001;

        cacheAgglomeration on;

        nPreSweeps 0;

        agglomerator faceAreaPair;

        nCellsInCoarsestLevel 10;

        solver GAMG;

        nPostSweeps 0;

        mergeLevels 1;

        smoother GaussSeidel;

        tolerance 1e-06;

    }

}

relaxationFactors {

    fields {

       

    }

    equations {

            }

}

PIMPLE {

    residualControl { 

    }

    nNonOrthogonalCorrectors 0;

    pRefCell 0;

    momentumPredictor on;

    nCorrectors 2;

    pRefValue 0.0;

}

5.3 液相體積分數設置

defaultFieldValues (volScalarFieldValue alpha.phase1 0.0);

regions (

    boxToCell {

        box (-1.0 -1.0 -1.0) (1.0 1.0 0.0);

        fieldValues (volScalarFieldValue alpha.phase1 1);

    }

);

5.4 油箱晃動的動網格參數

dynamicFvMesh   dynamicMotionSolverFvMesh;

motionSolverLibs ("libfvMotionSolvers.so");

motionSolver    solidBody;

cellZone        none;

solidBodyMotionFunction  oscillatingLinearMotion;

amplitude       (0.5 0.0 0.0);

omega           1.57;

6. 結果分析

殘差收斂曲線如下圖所示：

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